Процесс разрушения начинается с появления на поверхности качения усталостныхтрешин. Повреждения поверхности в виде рисок, закалочных и шлифовочныхтрешин и т. д. в сильной сте­пени способствуют усталостному выкрашиванию. Наоборот, про­цессы, ведущие к удалению поверхностных дефектов, в частности приработка, даже износ, могут задержать возникновение усталост­ного выкрашивания. На наклепанной поверхности закатывание и удаление поверхностных дефектов затруднено, поэтому появление дефектов на поверхностях деталей, находящихся длительное время в эксплуатации, более опасно, чем на новых деталях. На рост поверх­ностных трешин большое влияние оказывает масло между контакти-руюшимися деталями; выкрашивание при испытании роликов всухую без масла не наблюдалось.

На первой стадии шелушение имеет вид небольших язвинок на поверхности, дальнейшее разрушение происходит относительно быстро, вся дорожка качения приобретает вид, показанный на рис. 25, а.


а

б

Рис. 25. Кольцо (а) и шарик (б) подшипника качения из стали ЩХ15 с усталостным выкрашиванием материала

Усталостное выкрашивание распространяется по направлению движения катящейся детали, например, по направлению движения шариков или роликов на беговой дорожке кольца подшипника.' В противоположном направлении на кольце подшипника происходит поверхностное дробление, в результате чего образуется участок с характерным волнообразным строением.

Глубина язвин поверх­ностного выкрашивания повсюду примерно одинакова и равна расстоянию от поверхности детали до слоя с наибольшими каса­тельными напряжениями. На шариках подшипников качения выкра­шивание имеет в сечении форму сосулек с рядом концентрических окружностей (фиг. 25, б), на зубьях зубчатых колес — вид мелкой сыпи или пятен на поверхности.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Типичные усталостные изломы

Особенности строения изломов лучше всего изучать на типичных усталостных изломах, поскольку они отличаются наибольшей чет^ костью. Это целесообразно также потому, что характерные особен­ности строения типичных усталостных изломов встречаются также и на изломах других групп, хотя и в менее четкой форме. Из типичных усталостных изломов наибольшей четкостью отличаются изломы стальных деталей после комбинированного нагружения, например, у коленчатых валов, работающих на изгиб и кручение.

Усталостные изломы характеризуются наличием очага разру­шения, зоны постепенного собственно усталостного развития и зоны долома.

Очаг разрушения включает в себя фокус излома, а зона соб­ственно усталостного развития — участки избирательного и уско­ренного развития.

Таким образом, на усталостном изломе имеются следующие 5зониучастков (рис. 26 и 27):

1) фокус излома — микроскопическое место зарождения излома;

очаг разрушения — макроскопическое место зарождения излома, образующееся после слияния нескольких рядом располо­женных фокусов;

участок избирательного развития, занимающий обычно почти всю поверхность зоны  собственно усталостного  развития;

участок ускоренного развития, образующийся перед окон­чательным  разрушением  детали;

4)        зона окончательного разрушения (зона долома  или дорыва).
Кроме перечисленных зон и участков,  на  поверхности  усталостного  излома  можно  выделить:

а) ступеньки и рубцы, образующиеся в результате слияния нескольких  фокусов  (точнее  зародышевых  трещин);

6)        усталостные линии, образующиеся вследствие изменения величины действующих напряжений или изменений напряженного состояния;


а

б

Рис. 26. Усталостный излом (а) и схема излома (б) шатунной шейки коленчатого вала с типичными знаками (сталь 40ХНМА): 1- фокус излома и зона очага разрушения; 2- вторичные ступеньки и рубцы; 3- усталостные линии; 4- зона ускоренного развития излома; 5- зона долома.

а

б

Рис. 27. Усталостный излом (а) и схема излома (б) узла крепления моторной рамы самолета (сталь 30ХГСА) со ступеньками и рубцами в зоне очага разрушения (отмечены стрелками)

в)        пасынковые трещины, образующиеся при резком поворотенаправления развития излома;

г)        вторичные ступеньки и рубцы от слияния пасынковых трещин;

д) участки хрупкого проскальзывания от промежуточного одно­кратного приложения нагрузки, которая по величине может превышать  максимальную циклическую.

Ступеньки и рубцы располагаются в очаге разрушения, устало­стные линии, пасынковые трещины с вторичными ступеньками и рубцами — в зоне избирательного развития, а участки хрупкого проскальзывания чаще всего располагаются в переходной зоне или на  участке ускоренного развития.

Для строения усталостных изломов характерно наличие гра­ницы раздела зоны постепенного усталостного развития излома и зоны долома, иногда называемой демаркационной границей и закономерное изменение шероховатости поверхности постепен­ного развития излома на различных его участках, а также на различ­ных изломах в зависимости от величины перегрузки детали.

Рассмотрим особенности строения и условия образования выше­перечисленных  зон,  участков  и  линий.

Фокусом излома называется точка, точнее весьма малая зона, где возникает и откуда развивается разрушение. Фокус излома является более локальной зоной, чем очаг разрушения, и поэтому более точно указывает на место зарождения излома. В результате слияния двух трещин, идущих из соседних фокусов, может образо­ваться складка или ступенька в зависимости от того, на каком рас­стоянии эти фокусы расположены друг от друга. Если зародышевые трещины расположены под небольшим углом друг к другу, то после их слияния образуется характерная выпуклость на одной стороне излома  и  вогнутость  на другой.

Образование фокуса излома соответствует первоначальной ста­дии развития усталостного разрушения, на которой возникают зародышевые или субмикроскопические трещины, называемые также надрывами, которые не выявляются при обычных устало­стных  испытаниях. Фокус излома возникает в месте наиболее неблагоприятного сочетания напряжений и прочности материала детали. Усталостные трещины обычно начинаются от наружных, как правило, наиболее нагруженных и чаще повреждаемых участков детали, реже — под поверхностью при внутренних дефектах материала или достаточ­ной глубине поверхностного упрочненного слоя. (рис. 28). Очагом зарождения излома под поверхностным слоем (рис. 28, а) явилось  наличие ферритных  включений.

Очагом разрушения называется макроскопическая зона зарождения усталостной трещины. Очаги разрушения или началь­ные трещины нередко выявляются на деталях в процессе профилак­тического осмотра или ремонта узла, машины или механизма.


а

б

Рис. 28. Участок излома кулачковой шайбы поршневого двигателя (х45) с очагом зарождения, расположенным в цементированном слое (а), и поверхность излома главного шатуна из стали 40ХНМА поршневого двигателя с очагом зарождения, расположенным под слоем, наклепанным в процессе ненормальной работы шатуна (б)

Зона излома, представляющая собой очаг разрушения, обычно характеризуется наибольшими блеском и мелкозернистым строе­нием поверхности.

Причиной образования блестящей, как бы при­тертой, поверхности может служить ее истирание вследствие повтор­ных открываний и закрываний трещины, а также микроизбирательность развития излома. В очаге разрушения при наличии нескольких рядом расположенных фокусов образуется радиально расходящиеся складки и рубцы. От очага разрушения, как из центра, расходятся усталостные линии. В узкой зоне непосредственно в очаге разрушения усталостные линии обычно незаметны.

Изучение поверхностей изломов образцов и деталей показывает, что одновременно может зарождаться несколько трещин усталости из разных фокусов. Чаще всего начальные трещины появляются в виде серии мелких надрывов, располагающихся в большинстве случаев параллельно один другому, с небольшими интервалами, иногда даже перекрывая друг друга или образуя сетку тонких начальных  трещин  (рис.  29).

Рис. 29. Схема образования ступенек и рубцов: начальные надрывы (а) и излом с рубцами и ступеньками (б).

Если начальные трещины располагаются почти в одной пло­скости, то место их соединения отмечается лишь небольшим руб­цом. Если начальные трещины располагаются на значительном расстоянии друг от друга, то образуются более крупые уступы или отделяются от излома своеобразные иглы и лепестки (рис. 30).

Рис. 30. Участок излома с иглами, отделившимися от поверхности разрушения

Количество ступенек или рубцов, образующихся в результате слияния начальных трещин, указывает на количество фокусов и косвенно на величину перегрузки. Чем выше перегрузка, тем больше в изломе ступенек и рубцов, если только возникновение нескольких фокусов не вызвано влиянием резких и многочисленных концентраторов напряжений (коррозионные раковины, следы грубой механической обработки и т. д.). Высота уступов зависит от формы и  расположения  концентраторов.  Так,  например, при вытянутом в линию концентраторе типа надреза с очень малым радиусом закругления, располагающимся перпендикулярно полю главных нормальных напряжений, рубцы в зоне очага могут или совсем отсутствовать или быть очень незначительными. Ступеньки и рубцы также могут отсутствовать в случае развития разрушения от одного точечного концентратора напряжений.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8